CN106019581A - 一种激光光幕投影扫描方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光光幕投影扫描方法及装置，尤其是微型激光投影扫描装置。属于激光投影设备技术领域。其特征是将激光器产生散射激光光束，通过准直透镜整形后形成平行光束，由扫描振镜的反射镜反射成为比较窄的扫描光束，这些扫描光束通过曲面透镜被发散成宽的扫描光束，同时遮挡窗调整出射角度和形状进一步控制扫描光束，由耦合的控制系统控制激光器的明灭，强度和扫描振镜的转动频率，幅度和相位，形成所需要的二维投影。本发明由于采用平行光束通过扫描振镜后再经过透镜将光束发散，同时解决了扫描模组光束均匀性和平行性两大能难题。相比一般投影系统有更小的体积和更低的功耗。

Description

一种激光光幕投影扫描方法及装置
技术领域
本发明公开了一种激光光幕投影扫描方法及装置，尤其是微型激光投影扫描装置。属于激光投影设备技术领域。
背景技术
在激光投影装置中，将特定图案照射到待测物体上，再通过拍摄被物体表面调制的图案计算出物体的信息，是目前常用的一种3D扫描成像技术。扫描图案是3D扫描成像中一个重要技术，是3D扫描成像质量的制约因素。基于扫描振镜的激光光幕投影扫描装置，可实现高质量可调节的光幕，而且，可以节省大量的体积和重量。例如在手机等移动设备上，由于尺寸的限制，需要体积微小的投影扫描系统。现有技术采用传统的单柱透镜光扫描模组的两大难题：其一是扫描光束能量分布不均匀，扫描光束呈现中间能量密度高，两边低的情况：其二是在扫描过程中光线移动到非垂直入射角时，扫描光线两边出现弯曲。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种激光光幕投影扫描方法及装置，实现激光扫描和投影的功能，并拥有较小的体积和功耗。同时解决了传统的单柱透镜光扫描模组的两大难题：其一是扫描光束能量分布不均匀，扫描光束呈现中间能量密度高，两边低的情况：其二是在扫描过程中光线移动到非垂直入射角时，扫描光线两边出现弯曲。
本发明的技术方案表现为：对于第一个问题，采用了一排直径渐变并且按照一定算法排列的透镜组。该透镜组中间的透镜直径较小，对光线的散射能力强，边缘的透镜直径较大，对光线的散射能力弱，再通过一定的算法最终确定能使光线均匀分布的透镜组直径大小；对于第二问题，本发明将原本的柱状透镜组改为曲面透镜：这种设计使得光线在扫描过程中穿过透镜时都为垂直入射，这样扫描光束可以保持均匀的直线。从而大大提高投影扫描的实用范围。
一种激光光幕投影扫描方法，其特征是将激光器产生散射激光光束，通过准直透镜整形后形成平行光束，由扫描振镜的反射镜反射成为比较窄的扫描光束，这些扫描光束通过曲面透镜被发散成宽的扫描光束，同时遮挡窗调整出射角度和形状进一步控制扫描光束，由耦合的控制系统控制激光器的明灭，强度和扫描振镜的转动频率，幅度和相位，形成所需要的二维投影。
所述的曲面透镜为波浪曲面或者曲管状透镜组，其横切面为曲率大小均匀渐变的波浪或者一系列直径渐变排列的圆；而在其纵切面为一段圆环。所述曲面透镜在水平方向将平行光束再次汇聚后散射成具有一定发散角度均匀的线型光束，而在垂直方向上平行光束并不产生方向偏转。
所述曲面透镜在纵切面的焦点所组成的轴和扫描振镜的中心轴重合。
一种激光光幕投影扫描装置，其特征是包括依次排列的激光器、准直透镜、扫描振镜、曲面透镜、挡窗，以及电源和控制系统，所述的准直透镜是由汇聚透镜和散射曲面透镜组成的组合光学透镜，所述扫描振镜包括能够镜面反射激光光束的反射镜、使反射镜能够其做往复旋转的回转轴和固定回转轴并提供支撑的基座，所述遮挡窗包括壳体和遮挡窗口，通过更改窗口的大小和形状，来控制光束扫射的角度和扫描形状，所述角度包括水平和垂直两个方向的角度，所述控制系统包括激光器控制和扫描振镜控制单元，所述激光器控制和扫描振镜控制单元是耦合工作，通过相应关系可以控制扫描投影的明暗、形状、密度等参数。
所述的激光器为可见光和红外光，具有典型的高斯激光光束，且激光器可以被高速调制。
本发明工作时，激光器产生散射激光光束，通过准直透镜整形后形成平行光束，由扫描振镜的反射镜反射成为比较窄的扫描光束，这些扫描光束通过曲面透镜被发散成宽的扫描光束，同时遮挡窗调整出射角度和形状进一步控制扫描光束。由耦合的控制系统控制激光器的明灭，强度和扫描振镜的转动频率，幅至和相位，因此能够形成所需要的二维投影。
本发明提供的激光光幕投影扫描装置，由于采用特定的光学透镜组，能够将单点的激光光源提前整形成线型光束，使扫描振镜由两轴扫描降低为单轴扫描。再通过协同控制方法，即能输出所需二维投影。使得扫描装置的成本、尺寸和功耗大为降低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1模组简化示意图。
图2传统柱镜问题1示意图。
图3传统柱镜问题2示意图。
图4改良曲面透镜光路示意图。
图5曲面透镜光路模拟示意图。
图6为本发明所述曲面透镜模组结构示意图。
图7为本发明所述激光光幕投影扫描装置原理示意图。
图中：1-激光器、2-准直透镜、3-扫描振镜、4-曲面透镜、5-挡窗。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例的激光光幕投影扫描装置适用于激光光幕扫描投影应用，本发明实施例并不限定，下面实施例中仅用二维光学扫描装置进行说明。
本发明实施例涉及的光纤耦合系统，旨在解决现有技术中产品尺寸较大，功耗较高的问题。
下面以具体地实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图6为本发明透镜结构示意图。
激光器发射的为散射激光束，通过汇聚透镜将入射的散射激光束汇聚形成平行光束，然后再通过曲面透镜形成均匀的线性光束。
在一些实施例中，曲面透镜其横截面是一系列相切的直径渐变的圆，纵切面是弯曲的柱体。其作用是在竖直方向对入射光束进行散射。而在另外一些实施例中，散射透镜的横截面是双波浪形，纵切面是曲柱面，作用相同。
当光束进入曲柱透镜前面后镜面出射时，光束被汇集并在出射后镜面后开始汇集成很多焦点，通过焦点后被发散成散射光束。此情况只发散在水平面，由于垂直面曲面透镜通过调整曲率使扫描光束在入射曲面透镜时都为垂直入射，并不对光束产折射。因此，最终经过透镜组的光束被散射成具有焦点的线型光束。
本发明的另一实施例参见图1、图7。
一种激光光幕投影扫描装置，其特征是包括依次排列的激光器1、准直透镜2、扫描振镜3、曲面透镜4、挡窗5，以及电源和控制系统，所述的准直透镜是由汇聚透镜和散射曲面透镜组成的组合光学透镜，所述扫描振镜包括能够镜面反射激光光束的反射镜、使反射镜能够其做往复旋转的回转轴和固定回转轴并提供支撑的基座。
所述遮挡窗包括壳体和遮挡窗口，通过更改窗口的大小和形状，来控制光束扫射的角度和扫描形状，所述角度包括水平和垂直两个方向的角度。
所述控制系统包括激光器控制和扫描振镜控制单元，所述激光器控制和扫描振镜控制单元是耦合工作，通过相应关系可以控制扫描投影的明暗、形状、密度等参数。
所述的激光器为可见光和红外光，具有典型的高斯激光光束，且激光器可以被高速调制。
所述的曲面透镜为波浪曲面或者曲管状透镜组，其横切面为曲率大小均匀渐变的波浪或者一系列直径渐变排列的圆；而在其纵切面为一段圆环。所述曲面透镜在水平方向将平行光束再次汇聚后散射成具有一定发散角度均匀的线型光束，而在垂直方向上平行光束并不产生方向偏转。
所述曲面透镜在纵切面的焦点所组成的轴和扫描振镜的中心轴重合。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (9)

1.一种激光光幕投影扫描方法，其特征是将激光器产生散射激光光束，通过准直透镜整形后形成平行光束，由扫描振镜的反射镜反射成为比较窄的扫描光束，这些扫描光束通过曲面透镜被发散成宽的扫描光束，同时遮挡窗调整出射角度和形状进一步控制扫描光束，由耦合的控制系统控制激光器的明灭，强度和扫描振镜的转动频率，幅度和相位，形成所需要的二维投影。
2.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描方法，其特征是所述的曲面透镜为波浪曲面或者曲管状透镜组，其横切面为曲率大小均匀渐变的波浪或者一系列直径渐变排列的圆，而在其纵切面为一段圆环，所述曲面透镜在水平方向将平行光束再次汇聚后散射成具有一定发散角度均匀的线型光束，而在垂直方向上平行光束并不产生方向偏转。
3.根据权利要求1所述的激光光幕投影扫描方法，其特征是所述曲面透镜在纵切面的焦点所组成的轴和扫描振镜的中心轴重合。
4.一种激光光幕投影扫描装置，其特征是包括依次排列的激光器(1)、准直透镜(2)、扫描振镜(3)、曲面透镜(4)、挡窗(5)，以及电源和控制系统，所述的准直透镜是由汇聚透镜和散射曲面透镜组成的组合光学透镜，所述扫描振镜包括能够镜面反射激光光束的反射镜、使反射镜能够其做往复旋转的回转轴和固定回转轴并提供支撑的基座。
5.根据权利要求4所述的激光光幕投影扫描装置，其特征是所述遮挡窗包括壳体和遮挡窗口，通过更改窗口的大小和形状，来控制光束扫射的角度和扫描形状，所述角度包括水平和垂直两个方向的角度。
6.根据权利要求4所述的激光光幕投影扫描装置，其特征是所述控制系统包括激光器控制和扫描振镜控制单元，所述激光器控制和扫描振镜控制单元是耦合工作，通过相应关系可以控制扫描投影的明暗、形状、密度等参数。
7.根据权利要求4所述的激光光幕投影扫描装置，其特征是所述的激光器为可见光和红外光，具有典型的高斯激光光束，且激光器可以被高速调制。
8.根据权利要求4所述的激光光幕投影扫描装置，其特征是所述的曲面透镜为波浪曲面或者曲管状透镜组，其横切面为曲率大小均匀渐变的波浪或者一系列直径渐变排列的圆，而在其纵切面为一段圆环，所述曲面透镜在水平方向将平行光束再次汇聚后散射成具有一定发散角度均匀的线型光束，而在垂直方向上平行光束并不产生方向偏转。
9.根据权利要求4所述的激光光幕投影扫描装置，其特征是所述曲面透镜在纵切面的焦点所组成的轴和扫描振镜的中心轴重合。
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